Life in oceans originated about 3.5 billion years ago where microbes were the only life form for two thirds of the planet’s existence. Apart from being abundant and diverse, marine microbes are involved in nearly all biogeochemical processes and are vital to sustain all life forms. With the overgrowing number of data arising from culture-independent studies, it became necessary to improve culturing techniques in order to obtain pure cultures of the environmentally significant bacteria to back up the findings and test hypotheses. Particularly in the ultra-oligotrophic Red Sea, the ubiquitous SAR11 bacteria has been reported to account for more than half of the surface bacterioplankton community. It is therefore highly likely that SAR11, and other microbial life that exists have developed special adaptations that enabled them to thrive successfully. Advances in conventional culturing have made it possible for abundant, unculturable marine bacteria to be grown in the lab. In this study, we analyzed the effectiveness of the media LNHM and AMS1 in isolating marine bacteria from the Red Sea, particularly members of the SAR11 clade. SAR11 strains obtained from this study AMS1, and belonged to subgroup 1a and phylotype 1a.3. We also obtained other interesting strains which should be followed up with in the future. In the long run, results from this study will enhance our knowledge of the pelagic ecosystem and allow the impacts of rising temperatures on marine life to be understood.

Not many of the abundant freshwater bacterial groups have a representative cultured isolate. In this master thesis project, some abundant bacterioplankton from two lakes (Lake Ekoln and Lake Erken) could be isolated by a dilution-to-extinction approach. Sterilized lake water which was obtained through an ultrafiltration system was used resembling a natural medium. Specific fragments of 16s rRNA of the isolates were amplified by universal bacterial primers (27f and 1492r, 341f and 805r.) for genotyping against a freshwater sequence database and RDP training set (Version 7). A total of 33 isolates from the two lakes were taxonomically classified and revealed the isolation of typical and abundant freshwater bacteria. Original bacterial community of Lake Ekoln was also analyzed by 16S rRNA clone library construction for diversity study. Phylogenetic trees were built through neighbor-joining method by Mega (Version 5) to reveal the evolutionary relationships among database entries, obtained isolates and clones.

Given the high salinity, prevailing annual high temperatures, and ultra-oligotrophic conditions in the Red Sea isolation and characterization of important microbial groups thriving in this environment is important in understanding the ecological significance and metabolic capabilities of these communities. By using a high-­throughput cultivation technique in natural seawater amended with minute amounts of nutrients, members of the rare biosphere (PS1), methylotrophic Betaproteobacteria (OM43), and the ubiquitous and abundant SAR11 group (Pelagibacterales), were isolated in pure culture. Phylogenetic analyses of Red Sea isolates along with comparative genomics with close representatives from disparate provinces revealed ecotypes and genomic differentiation among the groups. Firstly, the PS1 alphaproteobacterial clade was found to be present in very low abundance in several metagenomic datasets form divergent environments. While strain RS24 (Red Sea) harbored genomic islands involved in polymer degradation, IMCC14465 (East (Japan) Sea) contained unique genes for degradation of aromatic compounds. Secondly, methylotrophic OM43 bacteria from the Red Sea (F5, G12 and H7) showed higher similarities with KB13 isolate from Hawaii, forming a ‘H-­RS’ (Hawaii-­Red Sea) cluster separate from HTCC2181 (Oregon isolate). HTCC2181 members were shown to prevail in cold, productive coastal environments and had an nqrA-­F system for energy generation by sodium motive force. On the contrary, H-­RS cluster members may be better adapted to warm and oligotrophic environments, and seem to generate energy by using a proton-­translocating NADH:Quinone oxidoreductase (complex I; nuoA-­N subunits). Moreover, F5, G12, and H7 had unique proteins related to resistance to UV, temperature and salinity, in addition to a heavy metal ‘resistance island’ as adaptive traits to cope with the environmental conditions in the Red Sea. Finally, description of the Red Sea Pelagibacterales isolates from the Ia (RS39) and Ib (RS40) subgroups, principally revealed unique putative systems for iron uptake and myo-inositol utilization in RS39, and a potential phosphonates biosynthetic pathway present in RS40. The findings presented here reflect how environments influence the genomic repertoire of microbial communities and shows novel metabolisms and putative pathways as unique adaptive qualities in diverse microbes encompassing from rare to predominant bacterioplankton groups from the Red Sea.

A cana-de-açúcar é uma das principais culturas do sistema agrícola brasileiro, e apresenta-se atualmente em plena expansão. Porém o uso do solo e a implementação de diferentes tecnologias de manejo têm originado alterações no equilíbrio ambiental, onde importantes interações microbianas ocorrem de forma essencial para o desenvolvimento vegetal. Dentre a vasta diversidade de microrganismos do solo, destacam-se os fungos micorrízicos, organismos intimamente associados as raízes das plantas, auxiliando a mesma, dentre outras formas, na obtenção de água e nutrientes. Estes fungos, no entanto, interagem também com outros organismos do solo, como por exemplo, com a comunidade bacteriana presente neste ambiente. Desta forma, o presente trabalho buscou estudar a dinâmica de interação entre cana-de-açúcar e o fungo micorrízico arbuscular (FMA) G.clarum em solos com diferentes composições da comunidade bacteriana. A metodologia utilizada foi a \'diluição para extinção\', onde diluições seriadas (10-1; 10-3; 10-6 e 10-9) de um solo natural foram usadas para inocular o solo estéril. Sobre esta base, foi monitorada pelo período de 60 dias, a colonização da planta pelo FMA e a estruturação das comunidades bacterianas. Como resultado, foi observada uma maior colonização das raízes de cana-de-açúcar para os tratamentos inoculada com menores diluições da comunidade original (solo natural e diluições 10-1 e 10-3), sendo da mesma forma observada uma distinção entre as comunidades bacterianas destes tratamentos para os demais. Estabelecendo correlações entre os grupos microbianos e as taxas de colonização micorrízica, foi possível nomear, com base no sequenciamento massivo da região V6 do gene ribossomal 16S DNAr, a alteração conjunta da micorrização com mudanças nos grupos de Actinobacteria,Bacteriodetes,Firmicutes,Proteobacteria,Verrucomicrobiae Acidobacteria. Concluindo, este trabalho demonstra a dependência que um processo importante, como a micorrização, possui da comunidade bacteriana do solo, e indica que em áreas degradadas, com menores níveis de diversidade bacteriana, tal processo pode ocorrer com menor eficiência. / Sugarcane is an important Brazilian agricultural system crop and presents currently booming. Nevertheless, land use, and implementation of different management technologies have originated changes in environmental balance, where important microbial interactions occur as essential for plant development. Among the wide diversity of soil microorganisms, the mycorrhizal fungi is highilighted as organisms closely associated with plant roots, helping plants, in any way, to obtain water and nutrients. These fungi however, also interact with other soil organisms, such as for example, bacterial community in these environments. Thus, the present work aimed to study the dynamics of interaction between sugarcane and arbuscularmycorrhizal fungi (AMF) Glomusclarum in soils with different compositions of the bacterial community. The methodology used was \"dilution to extinction\", where serial dilutions (10-1, 10-3, 10-6 and 10-9) of a natural soil were used to inoculate a sterile soil. On this basis, were monitored along a period of 60 days, plant colonization by AMF, and structure of bacterial communities. As a result, we observed a higher colonization of roots of cane sugar for treatments inoculated with lower dilutions of the original community (natural soil and dilutions 10-1 and 10-3), and likewise observed a distinction between these bacterial communities treatments to others. Establishing correlations between microbial groups with observed rates of colonization, it was possible to name, based on the massive sequencing of the region V6 ribosomal gene 16S rDNA, the joint amendment of mycorrhiza with changes in groups of Actinobacteria; Bacteriodetes; Firmicutes, Proteobacteria; Verrucomicrobia and Acidobacteria. In conclusion, this work demonstrates the dependence of an important process, as the AMF, has tosoil bacterial community, and indicates that degraded areas, with lower levels of bacterial diversity, such a process can occur with lower efficiency.

A cana-de-açúcar é uma das principais culturas do sistema agrícola brasileiro, e apresenta-se atualmente em plena expansão. Porém o uso do solo e a implementação de diferentes tecnologias de manejo têm originado alterações no equilíbrio ambiental, onde importantes interações microbianas ocorrem de forma essencial para o desenvolvimento vegetal. Dentre a vasta diversidade de microrganismos do solo, destacam-se os fungos micorrízicos, organismos intimamente associados as raízes das plantas, auxiliando a mesma, dentre outras formas, na obtenção de água e nutrientes. Estes fungos, no entanto, interagem também com outros organismos do solo, como por exemplo, com a comunidade bacteriana presente neste ambiente. Desta forma, o presente trabalho buscou estudar a dinâmica de interação entre cana-de-açúcar e o fungo micorrízico arbuscular (FMA) G.clarum em solos com diferentes composições da comunidade bacteriana. A metodologia utilizada foi a \'diluição para extinção\', onde diluições seriadas (10-1; 10-3; 10-6 e 10-9) de um solo natural foram usadas para inocular o solo estéril. Sobre esta base, foi monitorada pelo período de 60 dias, a colonização da planta pelo FMA e a estruturação das comunidades bacterianas. Como resultado, foi observada uma maior colonização das raízes de cana-de-açúcar para os tratamentos inoculada com menores diluições da comunidade original (solo natural e diluições 10-1 e 10-3), sendo da mesma forma observada uma distinção entre as comunidades bacterianas destes tratamentos para os demais. Estabelecendo correlações entre os grupos microbianos e as taxas de colonização micorrízica, foi possível nomear, com base no sequenciamento massivo da região V6 do gene ribossomal 16S DNAr, a alteração conjunta da micorrização com mudanças nos grupos de Actinobacteria,Bacteriodetes,Firmicutes,Proteobacteria,Verrucomicrobiae Acidobacteria. Concluindo, este trabalho demonstra a dependência que um processo importante, como a micorrização, possui da comunidade bacteriana do solo, e indica que em áreas degradadas, com menores níveis de diversidade bacteriana, tal processo pode ocorrer com menor eficiência. / Sugarcane is an important Brazilian agricultural system crop and presents currently booming. Nevertheless, land use, and implementation of different management technologies have originated changes in environmental balance, where important microbial interactions occur as essential for plant development. Among the wide diversity of soil microorganisms, the mycorrhizal fungi is highilighted as organisms closely associated with plant roots, helping plants, in any way, to obtain water and nutrients. These fungi however, also interact with other soil organisms, such as for example, bacterial community in these environments. Thus, the present work aimed to study the dynamics of interaction between sugarcane and arbuscularmycorrhizal fungi (AMF) Glomusclarum in soils with different compositions of the bacterial community. The methodology used was \"dilution to extinction\", where serial dilutions (10-1, 10-3, 10-6 and 10-9) of a natural soil were used to inoculate a sterile soil. On this basis, were monitored along a period of 60 days, plant colonization by AMF, and structure of bacterial communities. As a result, we observed a higher colonization of roots of cane sugar for treatments inoculated with lower dilutions of the original community (natural soil and dilutions 10-1 and 10-3), and likewise observed a distinction between these bacterial communities treatments to others. Establishing correlations between microbial groups with observed rates of colonization, it was possible to name, based on the massive sequencing of the region V6 ribosomal gene 16S rDNA, the joint amendment of mycorrhiza with changes in groups of Actinobacteria; Bacteriodetes; Firmicutes, Proteobacteria; Verrucomicrobia and Acidobacteria. In conclusion, this work demonstrates the dependence of an important process, as the AMF, has tosoil bacterial community, and indicates that degraded areas, with lower levels of bacterial diversity, such a process can occur with lower efficiency.

A diversidade microbiana é geralmente considerada por seu papel nos principais processos do ecossistema, tais como a decomposição da matéria orgânica e ciclos biogeoquímicos. No entanto, informações sobre o impacto da diversidade em funções menores, como degradação de xenobióticos são escassas. Nós estudamos a partir da abordagem da \'diluição para extinção\', o papel da diversidade sobre a capacidade da comunidade microbiana em degradar o fungicida clorotalonil (organoclorado). Também estudamos o comportamento da comunidade bacteriana após aplicação do pesticida no solo com e sem biochar. A diversidade microbiana do solo natural foi alterada artificialmente por diluição, constituindo um gradiente de diversidade (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), seguido pela inoculação em amostras de solo estéril e posterior reestruturação (15 dias). Após a reestruturação da comunidade, as amostras foram manejadas com biochar (1% m/m) e tratadas com a dose de campo do CHT. O comportamento da comunidade bacteriana foi estudo por PCR-DGGE e qPCR do gene 16S rDNA através de um experimento com molécula fria (não radiomarcada). Enquanto a capacidade de degradação do CHT foi estudada por radiorespirometria (14C-CHT). Inicialmente, a comunidade de bactérias foi influenciada pelo gradiente de diversidade obtido por diluição. A separação dos grupos bacterianos se mostrou bastante similar nos três primeiros períodos pré-aplicação do CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6), enquanto que no período de 15 dias, a dinâmica de grupos foi alterada (SN > 10-1 > 10-3 - 10-6). O fungicida e o biochar não exerceram efeitos na comunidade bacteriana no tempo zero (imediatamente após a aplicação), a modificação no perfil da comunidade foi atribuído à diluição. Nos períodos de 21 e 42 dias, o perfil comunidade bacteriana apresentou forte modificação. Os grupos bacterianos se mostraram mais dispersos quando considerado somente o CHT. Embora, a análise de ANOSIM indicou não haver diferença nas amostras com e sem biochar, sugerindo que o clorotalonil foi quem mais contribuiu na dispersão dos grupos bacterianos. No período de 42 d, a comunidade apresentou resposta positiva, sendo observado aumentos no número de bandas e no índice de Shannon em todos tratamentos. Isto possivelmente, devido a menor concentração do fungicida disponível na solução do solo, diminuindo assim, os efeitos deletérios sobre a comunidade. Os dados de qPCR não apresentaram alteração no número de copias do gene 16S rDNA em todos os tratamentos. A remoção da diversidade impactou fortemente a capacidade da comunidade bacteriana de degradar o clorotalonil. Apesar da capacidade de degradar não ter sido perdida, a mínima alteração na diversidade promoveu elevada redução na taxa de mineralização do CHT. A dissipação do CHT se mostrou rápida (D50 < 1 dia) em todos os tratamentos, além disso, a formação de 14C-resíduos não extraíveis foi constituiu um dos principais mecanismos de dissipação do CHT. A partir da degradação do fungicida, foram detectados três metabólitos. Conclui-se que a modificação por diluição da diversidade bacteriana promoveu impacto negativo na mineralização do clorotalonil. E que a formação de resíduos não extraíveis consistiu no principal mecanismo de dissipação do CHT em ambos solos. / Microbial diversity is generally considered for his role in key ecosystem processes, such as decomposition of organic matter and biogeochemical cycles. However, information about the impact of diversity on minor functions, such as degradation of xenobiotics is scant. We study from the approach of \'dilution to extinction\', the role of diversity on the capacity of microbial community to degrade the chlorothalonil (organochlorine). We also studied the behavior of bacterial community after applying the pesticide in the soil with and without biochar. Microbial diversity of the soil natural (control) was artificially altered by dilution, forming a gradient of diversity (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), followed by inoculation in sterile soil samples and subsequent restructuring (15 days). After of the community restructuring, the samples were handled with biochar (1% w/w) and treated with the chlorothalonil field dose. The behavior of the bacterial community was studied by PCR-DGGE and qPCR of the 16S rDNA gene through an experiment with cold molecule (no radiolabeled). While the CHT degradation capacity was studied by radiorespirometry (14C-CHT). Initially, the community of bacteria was influenced by the diversity gradient obtained by dilution. The separation of bacterial groups showed very similar in the first three pre-application periods of the CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6). While in the period of 15 days, the group dynamic has changed (SN > 10-1 > 10-3 e 10-6). During periods of 21 and 42 days, the profile bacterial community showed strong modification. The bacterial groups were more dispersed when only considered the CHT. Although, the ANOSIM analysis indicated no difference in samples with and without biochar, suggesting that chlorothalonil who has contributed the most in the dispersion of bacterial groups. In the period of 42 days, the community presented a positive response, being observed increases in the number of bands and Shannon-Weiner index in all treatments. This possibly due to less concentration of fungicide available in soil solution, thus reducing, the deleterious effects on the community. The qPCR dates showed no change in the number of copies of the 16S rDNA gene in all treatments. The removal of microbial strongly impacted the ability of the bacterial community to degrading chlorothalonil. Despite the ability to degrade not having been lost, the minimum change in diversity promoted high reduction in the rate of mineralization CHT. The dissipation of the CHT showed quick (D50 < 1 d) in all treatments, in addition, the formation of non-extractable 14C-residues was one of the main mechanisms of dissipation of the CHT. From the degradation of chlorothalonil, three metabolites were detected. We conclude that modification by dilution of the bacterial diversity had a negative impact on the mineralization of chlorothalonil. And the formation of non-extractable residues consisted in the main CHT dissipation mechanism in both soils.

A diversidade microbiana é geralmente considerada por seu papel nos principais processos do ecossistema, tais como a decomposição da matéria orgânica e ciclos biogeoquímicos. No entanto, informações sobre o impacto da diversidade em funções menores, como degradação de xenobióticos são escassas. Nós estudamos a partir da abordagem da \'diluição para extinção\', o papel da diversidade sobre a capacidade da comunidade microbiana em degradar o fungicida clorotalonil (organoclorado). Também estudamos o comportamento da comunidade bacteriana após aplicação do pesticida no solo com e sem biochar. A diversidade microbiana do solo natural foi alterada artificialmente por diluição, constituindo um gradiente de diversidade (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), seguido pela inoculação em amostras de solo estéril e posterior reestruturação (15 dias). Após a reestruturação da comunidade, as amostras foram manejadas com biochar (1% m/m) e tratadas com a dose de campo do CHT. O comportamento da comunidade bacteriana foi estudo por PCR-DGGE e qPCR do gene 16S rDNA através de um experimento com molécula fria (não radiomarcada). Enquanto a capacidade de degradação do CHT foi estudada por radiorespirometria (14C-CHT). Inicialmente, a comunidade de bactérias foi influenciada pelo gradiente de diversidade obtido por diluição. A separação dos grupos bacterianos se mostrou bastante similar nos três primeiros períodos pré-aplicação do CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6), enquanto que no período de 15 dias, a dinâmica de grupos foi alterada (SN > 10-1 > 10-3 - 10-6). O fungicida e o biochar não exerceram efeitos na comunidade bacteriana no tempo zero (imediatamente após a aplicação), a modificação no perfil da comunidade foi atribuído à diluição. Nos períodos de 21 e 42 dias, o perfil comunidade bacteriana apresentou forte modificação. Os grupos bacterianos se mostraram mais dispersos quando considerado somente o CHT. Embora, a análise de ANOSIM indicou não haver diferença nas amostras com e sem biochar, sugerindo que o clorotalonil foi quem mais contribuiu na dispersão dos grupos bacterianos. No período de 42 d, a comunidade apresentou resposta positiva, sendo observado aumentos no número de bandas e no índice de Shannon em todos tratamentos. Isto possivelmente, devido a menor concentração do fungicida disponível na solução do solo, diminuindo assim, os efeitos deletérios sobre a comunidade. Os dados de qPCR não apresentaram alteração no número de copias do gene 16S rDNA em todos os tratamentos. A remoção da diversidade impactou fortemente a capacidade da comunidade bacteriana de degradar o clorotalonil. Apesar da capacidade de degradar não ter sido perdida, a mínima alteração na diversidade promoveu elevada redução na taxa de mineralização do CHT. A dissipação do CHT se mostrou rápida (D50 < 1 dia) em todos os tratamentos, além disso, a formação de 14C-resíduos não extraíveis foi constituiu um dos principais mecanismos de dissipação do CHT. A partir da degradação do fungicida, foram detectados três metabólitos. Conclui-se que a modificação por diluição da diversidade bacteriana promoveu impacto negativo na mineralização do clorotalonil. E que a formação de resíduos não extraíveis consistiu no principal mecanismo de dissipação do CHT em ambos solos. / Microbial diversity is generally considered for his role in key ecosystem processes, such as decomposition of organic matter and biogeochemical cycles. However, information about the impact of diversity on minor functions, such as degradation of xenobiotics is scant. We study from the approach of \'dilution to extinction\', the role of diversity on the capacity of microbial community to degrade the chlorothalonil (organochlorine). We also studied the behavior of bacterial community after applying the pesticide in the soil with and without biochar. Microbial diversity of the soil natural (control) was artificially altered by dilution, forming a gradient of diversity (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), followed by inoculation in sterile soil samples and subsequent restructuring (15 days). After of the community restructuring, the samples were handled with biochar (1% w/w) and treated with the chlorothalonil field dose. The behavior of the bacterial community was studied by PCR-DGGE and qPCR of the 16S rDNA gene through an experiment with cold molecule (no radiolabeled). While the CHT degradation capacity was studied by radiorespirometry (14C-CHT). Initially, the community of bacteria was influenced by the diversity gradient obtained by dilution. The separation of bacterial groups showed very similar in the first three pre-application periods of the CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6). While in the period of 15 days, the group dynamic has changed (SN > 10-1 > 10-3 e 10-6). During periods of 21 and 42 days, the profile bacterial community showed strong modification. The bacterial groups were more dispersed when only considered the CHT. Although, the ANOSIM analysis indicated no difference in samples with and without biochar, suggesting that chlorothalonil who has contributed the most in the dispersion of bacterial groups. In the period of 42 days, the community presented a positive response, being observed increases in the number of bands and Shannon-Weiner index in all treatments. This possibly due to less concentration of fungicide available in soil solution, thus reducing, the deleterious effects on the community. The qPCR dates showed no change in the number of copies of the 16S rDNA gene in all treatments. The removal of microbial strongly impacted the ability of the bacterial community to degrading chlorothalonil. Despite the ability to degrade not having been lost, the minimum change in diversity promoted high reduction in the rate of mineralization CHT. The dissipation of the CHT showed quick (D50 < 1 d) in all treatments, in addition, the formation of non-extractable 14C-residues was one of the main mechanisms of dissipation of the CHT. From the degradation of chlorothalonil, three metabolites were detected. We conclude that modification by dilution of the bacterial diversity had a negative impact on the mineralization of chlorothalonil. And the formation of non-extractable residues consisted in the main CHT dissipation mechanism in both soils.